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Nano Res.│华中科技大学光电子器件与三维集成团队张建兵:高效发光零维锰基杂化金属卤化物β射线闪烁体

本篇文章版权为张建兵课题组所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


核反应主要释放四种类型的高能射线:α射线、β射线、γ射线和中子射线。其中,具有适中穿透能力的β射线(也被称为高能电子束)是用于监测物体表面电离辐射的重要信号。目前市场上最成熟的核辐射探测方式是先利用闪烁体将高能射线转变成可见光,再用高性能光电探测器分析该可见光信号,从而对核辐射进行监测。然而,大多数传统无机闪烁体,如:Tl掺杂NaI(NaI:Tl)和CsI(CsI:Tl)等都含有重元素不利于对β粒子的吸收。而有机闪烁体如蒽,对三联苯等虽然能够增强对β粒子的捕获效率但在高能电子束的辐照下很快降解,稳定性很差,因此,研发新型耐辐照的β射线闪烁体具有重要意义。


成果简介


华中科技大学光电子器件与三维集成团队张建兵等人与该校加速器应用与功能材料团队赵龙、齐伟老师合作,报道了零维锰基杂化金属卤化物(C13H30N)2MnBr4和(C19H34N)2MnBr4作为新型β射线闪烁体的应用,展现出高效的辐射发光以及良好的耐辐照特性。首先利用溶剂挥发法合成出(C13H30N)2MnBr4和(C19H34N)2MnBr4单晶,两者的晶体结构都是由[MnBr4]2-四面体被有机配体包围形成的零维晶体结构。在365 nm紫外光激发下,(C13H30N)2MnBr4和(C19H34N)2MnBr4单晶都表现出窄带绿光发射特性,荧光量子产率分别为81.3%和86.4%。随后利用超声波破碎法成功合成出(C13H30N)2MnBr4纳米晶,将纳米晶与聚合物混合制备了柔性复合膜。
在β射线辐照下,零维锰基杂化金属卤化物单晶、纳米晶柔性复合膜都展现出强烈的辐射发光特性。(C13H30N)2MnBr4单晶在累积剂量高达240 kGy的β射线辐照下,其辐射发光强度仍能维持初始数值的80%,表明零维锰基杂化金属卤化物单晶具有良好的耐辐照特性。在β射线的轰击下,高能电子与零维锰基杂化金属卤化物的有机配体(含C、H、N等轻元素)发生相互作用,并将能量传递给无机结构单元[MnBr4]2-四面体使其发光,两者的协同作用使杂化金属卤化物表现出高效的辐射发光特性。该工作为新型β射线闪烁体的开发提供了新思路。

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作者简介


张建兵,华中科技大学光学与电子信息学院/武汉光电国家研究中心,双聘副教授,博士生导师,长期从事胶体量子点和新型金属卤化物的合成与光电应用的研究,在ACS Nano, Nano Letters, Advanced Functional Materials, Advanced Science, Advanced Optical Materials, Nano Energy, Nano Research, Chemistry of Materials发表论文20余篇。当前主要致力于短波红外量子点的合成及其在光电探测器、短波红外成像芯片和高光谱成像芯片的应用研究。
课题组链接:http://faculty.hust.edu.cn/zhangjianbing/zh_CN/index/1324633/list/index.htm。


文章信息


L. Lian, W. Qi, H. Ding, et al. Highly luminescent zero-dimensional lead-free manganese halides for β-ray scintillation. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4447-7.

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